[发明专利]无人机环绕物体外形轮廓飞行的控制方法

说明书

本发明提供的是一种无人机环绕物体外形轮廓飞行的控制方法。无人机开机自检；起飞，使待环绕目标进入目标可检测范围，开启目标环绕模式；利用激光雷达探测信息解算无人机机头方向与目标中心方向的夹角即转差角及无人机与目标的距离即目标距离；将转差角输入转向PID控制器，控制器输出量用于控制无人机锁定目标；将目标距离输入定距PID控制器，控制器输出量用于控制无人机与目标维持在设定距离；控制无人机环绕目标外形轮廓飞行。本发明的无人机环绕物体外形轮廓飞行的控制方法能控制机头方向始终对着环绕目标，并可以控制无人机沿着目标外形轮廓定距飞行，大大降低手动控制无人机环绕目标飞行的难度。

技术领域

本发明涉及的是一种无人机控制方法，具体地说是一种无人机环绕物体外形轮廓飞行的控制方法。

背景技术

无人机具有使用成本低，无直接人员伤亡风险，可搭载多种检测仪器等特点。无人机在航拍、搜救、野生动物考察、大气研究、电力巡线、桥梁检测等领域发挥重要作用。

桥梁支座是桥梁易损坏部位，是桥梁检测的重点检查对象，无人机可搭载相机对支座病害进行拍照记录，人为控制无人机环绕桥墩飞行检查桥梁支座健康状态对无人机操控者操控技术要求较高，采用无人机定距环绕桥墩飞行控制技术可大幅度降低无人机操控难度，同时提高桥梁检测效率。

名称为“无人机定点环绕飞行的控制方法”的专利文件中，通过遥控器或地面站设定环绕目标点和环绕半径，利用GPS和机载传感器对无人机进行定位，控制无人机环绕目标点飞行，该方法不能沿物体外形轮廓飞行，在无GPS信号情况下该方法不能使用。双目视觉可构建环境三维立体影像，可以获得环境大量信息，在目标跟踪中有广泛应用，双目视觉可识别环绕目标的方位和无人机与环绕目标的距离，也可用于环绕飞行控制。视觉传感器获取的环境的信息量大，特征提取算法复杂，计算量大，当环境光线较暗或者较强时或环境特征不明显时会影响特征提取效果，进而影响无人机环绕目标飞行的控制效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种计算复杂度低、易于操控的无人机环绕物体外形轮廓飞行的控制方法。

本发明的目的是这样实现的：

步骤A，无人机开机自检，检查系统中各传感器工作状态，当有故障时通过提示装置发出警报；

步骤B，遥控无人机起飞，使环绕目标进入目标可检测范围，开启目标环绕模式，通过提示装置发出环绕模式开启成功或开启失败的提示信息；

步骤C，利用激光雷达探测信息解算无人机机头与目标中心方向的夹角即转差角及无人机与目标的距离即目标距离；

步骤D，将转差角输入转向PID控制器，转向PID控制器输出量用于控制无人机锁定目标；

步骤E，将目标距离输入定距PID控制器，定距PID控制器输出量用于控制无人机与目标维持在设定距离，环绕模式下通过遥控器俯仰通道改变定距距离；

步骤F，控制无人机环绕目标飞行。

本发明还可以包括：

1、步骤C具体包括：将激光雷达探测信息变换到水平面内，在目标可检测范围搜索连续体，合并可以合并的连续体，寻找探测点数最多连续体，确定连续体边界，计算转差角和目标距离；

步骤C1，利用陀螺仪和加速度计信息计算无人机的姿态，包括横滚角、俯仰角和航向角，激光雷达与无人机具有相同的姿态角；

载体坐标系到水平坐标系的坐标变换矩阵为：

其中α为横滚角，β为俯仰角，利用坐标变换矩阵将激光雷达探测信息变换到水平面内；

步骤C2，所述连续体是指根据判定规则确定的激光雷达探测点的集合；连续体均由一个激光雷达探测点逐步扩充得到，连续体扩充判定规则为：